Nonlinear random wave-induced drag force on a vegetation field

This paper provides a practical method by which the drag force on a vegetation field beneath nonlinear random waves can be estimated. This is achieved by using a simple drag formula together with an empirical drag coefficient given by Mendez et al. (Mendez, F.J., Losada, I.J., Losada, M.A., 1999. Hydrodynamics induced by wind waves in a vegetation field. J. Geophys. Res. 104 (C8), 18383–18396). Effects of nonlinear waves are included by using Stokes second order wave theory where the basic harmonic motion is assumed to be a stationary Gaussian narrow–band random process. An example of calculation is also presented.     

小振幅海洋内波的演变、破碎和所致混合

利用基于谱方法和MPI并行运算的数值模式SpectralModel,直接数值模拟了三维小振幅海洋内波的演变、破碎和所致湍流混合,指出导致其不稳定而破碎的为PSI(parametric subharmonic instability)机制;对于内波破碎所致的湍流混合过程,分析了跨等密度面扩散系数kρ、混合效率γ、浮力通量谱、动能谱以及势能谱等统计性质:内波破碎前,kρ和γ保持低值水平,浮力通量谱值为负,且集中在低波数段;内波破碎后,kρ和γ迅速增大,最大值分别约为0.9×103m2/s和0.18,浮力通量谱值在低波数段为负值,在高波数段为正值,这是因为层化湍流中势能向小尺度运动传递和动能向小尺度运动传递相比更为有效。在内波破碎、强湍流混合阶段,势能谱存在一谱段满足kz3律,P(kz)=0.2N2kz3。此外,与二维模拟结果相比较,导致内波不稳定而破碎的均为PSI机制,kρ、浮力通量谱、势能谱变化趋势大体一致;但三维数值实验中,内波破碎时间提前,湍流衰减加快;KE谱在高波数部分下降速度相对减小,更接近于kz3。     

Normalization of Hydrodynamic Coefficients in Morison Equation

-The hydrodynamic coefficients C_d and C_m are not only dependent on the size of slender cylin-der,its location in water,KC number and Re number,but also vary with environmental conditions,i.e.,in regular waves or in irregular waves,in pure waves or in wave-current coexisting field.In this paper,thenormalization of hydrodynamic coefficients for various environmental conditions is discussed.When aproper definition of KC number and proper characteristic values of irregular waves are used,a unified re-lationship between C_d,C_m and KC number for regular waves,irregular waves,pure waves and wave-cur-rent coexisting field can be obtained.     

马氏珠母贝生长性状的相关分析

对马氏珠母贝(Pinctadamartensi)不同生长时期的壳长、壳高、壳宽和活体质量进行了一年多的跟踪测量。分析表明,在不同生长时期,其4个性状的两两间的相关系数均达到极显著水平(P<0.01),但其相关系数大小排列顺序存在差异,8次测量的平均相关系数大小依次为壳高-壳长>壳宽-体质量>壳高-体质量>壳长-体质量>壳长-壳宽>壳高-壳宽。在不同生长时期,活体质量对壳高、壳宽的偏回归系数均极显著(P<0.01),而对壳长的偏回归系数在第1,3,7,15个月时不显著(P>0.05)。该研究的结果可为珍珠贝的选育种的重要目标性状的确定提供理论指导。     

一种近岸区波浪破碎模型

从波浪破碎的能量关系入手,以紊流能量方程为基础,考虑破碎区内单个波在不同破碎阶段所提供的紊动能量强度的变化过程,提出了一种波浪破碎模式.通过将这一模型引入Boussinesq方程中,初步建立了一种近岸区波浪变形数学模型,并用波浪水槽实验资料对模型模拟波高和平均水位的情况进行了初步验证,得到了良好的结果.     

海气动量通量研究综述

海气界面动量通量也称为风应力,是海流和表面海浪的主要驱动力,是海洋从大气获得动量的重要途径。因此,合理可靠的海洋表面风应力的参数化对于海洋、大气和波浪以及气候模式的准确预报都具有非常重要的科学意义和实用价值。对风应力拖曳系数的参数化是风应力参数化的主要内容。近来的观测发现,风应力拖曳系数随着风速的增加出现了先增后减的趋势,同时还与海面的波浪状态以及海流有关。基于观测或理论分析,目前已经得到了一系列的风应力拖曳系数计算方法或公式,有的考虑了海浪的作用,有的没有,但这些方案大都是适合中低风速,在高风速下的适用性还有待检验。本文回顾了目前在海气动量通量观测和参数化方面的研究进展,并建议应增加高风速下风速、海流以及海浪等的同步观测,以进一步完善风应力参数化方案。     

开孔率对明基床上开孔沉箱波浪反射系数影响的数值研究

开孔率是开孔沉箱波浪反射系数的重要影响因素,迄今为止关于开孔沉箱的物模试验研究成果(包括《防波堤设计与施工规范》)中,开孔率μ通常以线性关系反映在开孔沉箱波浪反射系数的计算关系式中,适用范围为0.2~0.4。但当μ0.2或μ0.4时,开孔率μ对波浪反射系数Kr的影响规律尚需进一步的研究探讨。现借助二维数值波浪水槽,在扩大了的开孔率取值范围内,模拟不规则波与可渗明基床上开孔沉箱的相互作用。结果表明:在0.2≤μ≤0.4的范围内,用线性关系描述开孔率μ对波浪反射系数Kr的影响是合适的;在μ0.4时,数模值和物模试验拟合的经验关系式的趋势是一致的;在μ0.2时,开孔沉箱反射系数K_r随开孔率μ的减小而增大,用物模试验拟合的经验关系式及《防波堤设计与施工规范》中计算公式的线性关系来描述开孔率μ对反射系数K_r的影响是不恰当的。研究成果对开孔沉箱消浪机理的深入认识和开孔沉箱结构的优化设计具有重要意义。     

Hydrodynamic Tidal Model of the Persian Gulf Based on Spatially Variable Bed Friction Coefficient

The aim of this study is to develop a two-dimensional hydrodynamic tidal model for the Persian Gulf (PG2017) using 2D-MIKE21 software. The advantages of present study is accounting for the spatial variation of bed friction coefficient besides a precise bathymetry together with a 23-year of combined records of satellite altimetry data. We found that the bed friction coefficient has a significant effect on sea level changes in the region under our modeling consideration. Since the tidal behavior in the northern part of the Qeshm Island is significantly different from the other parts of the Persian Gulf, to present a more accurate hydrodynamic tidal model, the Gulf is divided into two regions where the bed friction coefficient is modeled separately for each region. The root mean square value of the differences between the amplitude of dominant constituents; M2, S2, K1, and O1 derived from the PG2017 model and that of 98 altimetry and coastal tide gauge stations are respectively equal to 1.6, 1.9, 2.8, and 1.3?cm. Moreover, comparing the PG2017 model efficiency with the FES2014, OSU12, EOT11a, DTU10, and Admiralty models shows that the PG2017 model has an improvement of 22.1%, 47.2%, 43.2%, 44.2%, and 57.6% in terms of relative error, respectively.     

Ekman模型时间变化风应力系数的伴随参数估计

本文基于时间分布参数设置,利用伴随同化方法,反演了Ekman模型中随时间变化的风应力拖曳系数,并在孪生实验和实际实验中对该方法进行了验证。在孪生实验中,研究了参数反演结果对不同影响因素的响应,包括:风速分布、风应力系数分布、风应力系数初始猜测值、风应力系数独立变量个数、观测数据误差和观测的深度。孪生实验结果验证了伴随同化方法反演Ekman模型中时变风应力系数的有效性,具体包括如下五个方面结论:1)不同风速分布下均能成功反演出不同风应力拖曳系数分布; 2)反演结果对初始猜测值较为敏感,风应力系数初始猜测值越接近给定值,反演结果越好;3)风应力系数独立点个数的选取会显著影响反演结果,合理的选择有利于提高反演效率及减小观测数据误差;4)观测误差能够影响反演结果,观测数据误差在20%以下时能取得合理的反演结果; 5)反演结果对观测数据的表层和次表层流速更为敏感,这是由Ekman流的物理性质决定的。实际实验,利用百慕大锚系试验平台的风速和流速数据,去除周期性潮流和地转流成分后得到Ekman流成分,并作为观测输入到该同化模型,反演出了适用于该区域和该时段的随时间变化的风应力系数。通过比较模拟流速和观测流速,证明利用伴随同化方法能从实测数据中反演出合理的时变风应力系数,对于海洋模型风应力系数的确定是一项有益的尝试。     

不同开口比人工鱼礁体水动力特性及礁体稳定性研究

为研究方型人工鱼礁体开口比的变化对其水动力特性的影响,利用Fluent软件模拟了边长为3m、开口比为0～0.6之间7种不同方型鱼礁体周围水流场,通过分析水流场变化规律得到了礁体流场效应、阻力系数随开口比的变化情况;基于Morison方程计算了礁体在波流作用下的受力及其抗滑移、抗倾覆安全系数。研究结果表明:当礁体开口比小于0.2时,背涡区范围较大,流场效应明显;随着开口比的增大,礁体产生的上升流范围及竖直向最大速度分量逐渐减小;对于方形开口礁体,阻力系数与开口比的关系式为Cd=0.875φ+1.088(R2=0.963,P<0.01);随着开口比的增大,礁体所受最大波流作用力、抗滑移及抗倾覆安全系数逐渐减小,但礁体不会发生滑移和倾覆,可为实际礁体结构的设计提供参考。